人類的大腦掌握著我們獨特個性的秘密。但是您知道它也可以構成高效計算設備的基礎嗎？日本名古屋大學的研究人員最近展示了如何做到這一點，通過石墨烯-金剛石異質結來模仿人類大腦某些功能。
但是，為什么科學家會嘗試模仿人腦呢？今天，現有的計算機架構受到復雜數據的影響，限制了它們的處理速度。另一方面，人腦可以高效處理高度復雜的數據，例如圖像。因此，科學家們試圖構建模仿大腦神經網絡的“神經形態”架構。
記憶和學習必不可少的一種現象是“突觸可塑性”，即突觸（神經元鏈接）適應活動增加或減少的能力。科學家們試圖使用晶體管和“憶阻器”（可以存儲電阻的電子存儲設備）來重現類似的效果。最近開發的光控憶阻器或“光敏電阻器”既可以檢測光又可以提供非易失性記憶，類似于人類的視覺感知和記憶。這些優異的特性為可以充當人工光電突觸的全新材料世界打開了大門！
這促使名古屋大學的研究團隊設計石墨烯-金剛石異質結，可以模仿生物突觸和關鍵記憶功能的特征，為下一代圖像傳感存儲設備打開大門。在他們最近發表在《Carbon》上的研究中，由 Kenji Ueda 博士領導的研究人員使用垂直排列的石墨烯(VG)和金剛石之間的連接展示了光電控制的突觸功能。制造的連接模仿生物突觸功能，例如產生“興奮性突觸后電流”（EPSC）——突觸膜上的神經遞質誘導的電荷——當用光脈沖刺激時，表現出其他基本的大腦功能，例如從短期記憶 (STM) 到長期記憶 (LTM)。
Ueda 博士解釋說：“我們的大腦裝備精良，可以篩選可用信息并存儲重要信息。我們嘗試了類似VG金剛石陣列的方法，當暴露于光刺激時，它可以模擬人腦。”他補充說：“這項研究是由于 2016 年的一項發現而引發的，當時我們發現石墨烯-金剛石異質結中存在較大的光學誘導電導率變化。”除了 EPSC、STM 和 LTM，這些連接點還顯示出300%的成對脈沖促進——當緊接在先的突觸之前時，突觸后電流增加。
VG金剛石陣列在偏置電壓下經歷了由熒光和藍色LED引起的氧化還原反應。研究人員將此歸因于在結界面處存在不同的石墨烯和金剛石雜化碳，這導致離子響應光而遷移，進而允許異質結執行類似于那些由大腦和視網膜執行的。此外，VG-金剛石陣列在光敏性和結構簡單性方面超越了傳統的基于稀有金屬的光敏材料的性能。
Ueda博士說：“我們的研究提供了對人工光電突觸行為背后的工作機制的更好理解，為光學可控的大腦模擬計算機比現有計算機具有更好的信息處理能力鋪平了道路。”
下一代計算機的未來可能不會太遙遠。
摘自《The Graphene Council》網站
